DE102018127430A1

DE102018127430A1 - Systeme und verfahren für eine zweischalige variable einlassvorrichtung

Info

Publication number: DE102018127430A1
Application number: DE102018127430.0A
Authority: DE
Inventors: Tao Zeng; Leon Hu
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2019-05-09
Also published as: CN109751283A; US10190487B1

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für eine variable Einlassvorrichtung eines Verdichters bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verdichter die variable Einlassvorrichtung beinhalten, die in einer Einlassleitung des Verdichters angeordnet ist. Die variable Einlassvorrichtung kann verstellbar sein, um den Gasstrom durch den Verdichter zu steuern, wobei der variable Einlass ein Paar halbzylindrischer Schalen beinhaltet, die um einen Satz von Scharnieren zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position schwenkbar sind.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme für eine variable Einlassvorrichtung eines Verdichters und zum Steuern der variablen Einlassvorrichtung zum Einstellen eines in den Verdichter einströmenden Luftstroms.
STAND DER TECHNIK/KURZDARSTELLUNG
Indem er zusätzliche Luft in den Motor treibt, kann ein Turbolader, wie während des späten 19. Jahrhunderts durch Gottlieb Daimler erkannt, das Motordrehmoment und die Leistungsausgabedichte erhöhen. Der Turbolader kann eine Turbine beinhalten, die durch sich ausdehnende Abgase angetrieben wird und über eine Antriebswelle an einen Verdichter gekoppelt ist. Der Verdichter kann an einen Luftansaugkrümmer im Motor fluidgekoppelt sein, der mit einer Vielzahl von Motorzylindern verbunden ist. Der aus einem oder mehreren der Motorzylinder stammende Abgasstrom kann zu einem Turbinenrad gelenkt werden, das die Drehung der Turbine um eine feststehende Achse antreibt. Die Drehung der Turbine treibt die Drehung eines Laufrads (z. B. eines Rads) des Verdichters an, der Luft in den Luftansaugkrümmer verdichtet, um den Ladedruck auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen zu erhöhen.
Die Effizienz des Verdichters beeinflusst die Gesamtmotorleistung und den Kraftstoffverbrauch. Beispielsweise kann eine geringere Verdichtereffizienz zu einer langsamen Motorübergangsantwort und einem höheren Kraftstoffverbrauch für sowohl einen stationären als auch einen transienten Motorbetrieb führen. Bei geringeren Motorlasten, wenn die Verdichtereffizienz reduziert ist, kann es während einer Pedalbetätigung zu einem vergrößerten Turboladerloch kommen. Zusätzlich kann ein Betrieb bei geringer Last zu einer geringeren Verdichtereffizienz führen und Verdichterpumpgrenzen können den Ladedruckanstieg bei geringen Motordrehzahlen beschränken.
Andere Versuche, eine geringe Verdichtereffizienz zu beheben, beinhalten einen Verdichter, der mit verstellbaren Einlassleitschaufeln konfiguriert ist. Ein beispielhafter Ansatz wird durch Hodder in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2010/0172745 A1 gezeigt. Darin wird ein Zahnstangen- und Ritzelantriebsmechanismus zum Einstellen von Einlassleitschaufeln eines Verdichters offenbart. Der Mechanismus ist innerhalb des Verdichtergehäuses positioniert und umgibt eine Welle, die mit einem Laufrad des Verdichters verbunden ist. Ein Ring mit einer Vielzahl von Schlitzen ist dazu ausgelegt, so mit einer Vielzahl von Hebelarmbaugruppen, die jeweils einen Stift aufweisen, gekoppelt zu werden, dass die Stifte in jeweils einem der Schlitze positioniert sind. Eine Vielzahl von Schaufeln ist an ein Ende jeweils eines Hebelarms gekoppelt, wobei ein Ritzel an den Schaft einer der Schaufeln gekoppelt ist, die als Antriebsschaufel fungiert. Die Antriebsschaufel ist dazu konfiguriert, einen Ring über den Zahnstangen- und Ritzelmechanismus zu drehen, wodurch die Einlassleitschaufeln geschwenkt werden und der Gasstrom durch die Schaufeln eingestellt wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel wird sogar in der offenen Position aufgrund der Ausrichtung und Schwenkrichtung dieser Schaufeln der Strom durch die variable Einlassvorrichtung und zu dem Laufrad beschränkt (z. B. teilweise blockiert). Infolgedessen weist diese Art von variablem Einlass eine reduzierte High-End-Effizienz auf und schränkt den High-End-Ansaugluftstrom ein.
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch einen Verdichter behoben werden, der Folgendes umfasst: ein Laufrad, das um eine Mittelachse drehbar ist, und eine Einlassleitung, die eine darin positionierte variable Einlassvorrichtung (variable inlet device - VID) beinhaltet, stromaufwärts des Laufrads. Die VID kann einen Satz halbzylindrischer Schalen beinhalten, der mit einer Basis verbunden ist und einen Ring um die Mittelachse bildet, wobei die Innenflächen der Schalen einen Strömungskanal durch die VID bilden, wobei jede der Schalen um ein Scharnier, das an einem Zwischenpunkt einer Einlasskante der jeweiligen Schale angeordnet ist, zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position schwenkbar ist. In der offenen Position bilden die Innenflächen der Schalen einen einheitlichen Strömungskanal mit reduzierter Strömungsbeschränkung. In der geschlossenen Position können die Schalen so abgewinkelt sein, dass ein Durchmesser des Auslassendes kleiner ist als ein Durchmesser des Einlassendes der VID, wodurch der Strom beschränkt wird, wenn der Strom den Strömungskanal der VID passiert. Infolgedessen wird die Verdichtereffizienz in der geschlossenen Position aufgrund des beschränkten Stroms, der durch die VID erzeugt wird, erhöht. Die Verdichtereffizienz wird bei höheren Lasten weiter erhöht, wenn sich die VID in der offenen Position befindet, und zwar aufgrund der reduzierten Strömungsbeschränkung durch die Einlassleitung und die VID. Auf diese Weise können die Verdichtereffizienz und die gesamte Motorleistung und Kraftstoffeffizienz über einen weiten Bereich von Motorbetriebsdrehzahlen und -lasten erhöht werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu vorgesehen, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Schutzumfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeugsystems.
Die 2A-2B zeigen eine Schnittansicht eines Turboladerverdichters, einschließlich einer variablen Einlassvorrichtung, die in einer Einlassleitung des Verdichters positioniert ist.
Die 3A-3D zeigen eine beispielhafte variable Einlassvorrichtung für einen Turboladerverdichter in einer offenen und einer geschlossenen Position in Profil- und Vorderansichten.
4 zeigt eine isometrische Ansicht einer Schale einer variablen Einlassvorrichtung.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Position einer variablen Einlassvorrichtung.
6 zeigt eine Abbildung der Motorlast und der Motordrehzahl zum Steuern einer Position einer variablen Einlassvorrichtung.

Die 2A-3D sind ungefähr maßstabsgetreu gezeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für eine variable Einlassvorrichtung eines Turboladerverdichters. Ein Verdichter eines Turboladers, wie etwa der Verdichter des in 1 gezeigten Motorsystems, kann in einem Ansaugkanal eines Motors positioniert sein. Der Verdichter kann eine Einlassleitung (z. B. Ansaugkanal) und ein Laufrad (z. B. Verdichterrad), das stromabwärts in der Einlassleitung angebracht ist, beinhalten. Das Laufrad kann einen oder mehrere Flügel beinhalten und ist um eine Mittelachse des Verdichters drehbar. Wie in den 2A-2B gezeigt, kann eine variable Einlassvorrichtung (VID) innerhalb der Einlassleitung des Verdichters stromaufwärts des Laufrads angebracht sein. Die VID kann zwischen einer offenen Position, wie in den 2A, 3A und 3B gezeigt, verstellbar sein, in 3A in einer Profilansicht und in 3B in einer Vorderansicht der VID abgebildet. Gleichermaßen sind in den 3C und 3D eine Profil- und eine Vorderansicht mit der VID in einer geschlossenen Position bereitgestellt, wie sie in den 2B, 3C und 3D gezeigt ist. Die VID beinhaltet einen Satz benachbart angeordneter halbzylindrischer Schalen, welcher der Außenstruktur eines zweischaligen Organismus ähnelt und so in einer Einlassleitung des Verdichters positioniert ist, dass die Außenflächen der Schalen mit einer Innenwand der Einlassleitung in Berührung stehen können. Die Schalen sind um einen Satz von Scharnieren zur Mittelachse hin und von dieser weg zwischen der offenen und der geschlossenen Position schwenkbar. Wenn sich die VID in der offenen Position befindet, beschränken die Innenflächen der Schalen den Strom durch die VID und die Einlassleitung weniger, als wenn sich die VID in der geschlossenen Position befindet. Im Gegensatz dazu sind die Schalen, wenn sich die VID in der geschlossenen Position befindet, so geschwenkt, dass sich ein Strömungskanal der VID, der durch die Innenflächen der Schalen gebildet wird, vom Einlassende zum Auslassende verengt. Die Form einer einzelnen Schale der VID ist in 4 genauer veranschaulicht. Wie in den 5 und 6 gezeigt, kann die Position der VID auf Grundlage von Motorlast- und Motordrehzahlbedingungen bezogen auf einen Pumpschwellenwert gesteuert werden. Auf diese Weise kann eine VID für einen Verdichter verwendet werden, um die Verdichtereffizienz bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, wie etwa geringeren Lastbedingungen, zu erhöhen.
Nun unter Bezugnahme auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Zylinders 14 eines Verbrennungsmotors 10 veranschaulicht, der in einem Fahrzeug 5 enthalten sein kann. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 beinhalten, in denen ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann so an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebe 54 an mindestens ein Antriebsrad 55 des Personenkraftwagens gekoppelt sein, wie nachstehend ausführlicher beschrieben. Außerdem kann ein Anlasser (nicht gezeigt) über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeug 5 ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor oder ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Elektromotor/Generator handeln. Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über ein Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem abgebildeten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und eine zweite Kupplung 56 ist zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 140 mit bzw. von der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder die elektrische Maschine 52 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Das Getriebe 54 kann ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart sein. Der Antriebsstrang kann verschiedenartig konfiguriert sein, einschließlich als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 52 nimmt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 58 auf, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 52 kann auch als Generator betrieben werden, um beispielsweise während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 58 bereitzustellen.
Der Zylinder 14 des Motors 10 kann über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 kommunizieren. In einigen Beispielen können einer oder mehrere der Ansaugkanäle eine Aufladevorrichtung, wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor, beinhalten. Beispielsweise zeigt 1 den Motor 10 mit einem Turbolader konfiguriert, der einen zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordneten Verdichter 174 und eine entlang eines Abgaskanals 148 angeordnete Abgasturbine 176 beinhaltet. Der Verdichter 174 kann zumindest teilweise über eine Welle 180 durch die Abgasturbine 176 angetrieben werden, wenn die Aufladevorrichtung als ein Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen, wie etwa, wenn der Motor 10 mit einem Kompressor bereitgestellt ist, kann der Verdichter 174 durch mechanische Eingaben von einem Elektromotor oder dem Motor angetrieben werden und die Abgasturbine 176 kann optional weggelassen werden.
Eine Drossel 162, einschließlich einer Drosselklappe 164, kann in den Motoransaugkanälen bereitgestellt sein, um die Strömungsrate und/oder den Druck der Ansaugluft, die den Motorzylindern bereitgestellt wird, zu variieren. Die Drossel 162 kann beispielsweise stromabwärts des Verdichters 174 positioniert sein, wie in 1 gezeigt, oder sie kann alternativ stromaufwärts des Verdichters 174 bereitgestellt sein.
Der Abgaskanal 148 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 Abgase von anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Ein Abgassensor 128 ist so gezeigt, dass er stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 an den Abgaskanal 148 gekoppelt ist. Der Abgassensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (air/fuel ratio - AFR) des Abgases ausgewählt sein, wie beispielsweise einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor - Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde (wie abgebildet), einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei der Emissionssteuervorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon handeln.
Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. Beispielsweise ist der Zylinder 14 so gezeigt, dass er mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156, die in einem oberen Bereich des Zylinders 14 angeordnet sind, beinhaltet. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile beinhalten, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind. Das Einlassventil 150 kann über einen Aktor 152 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 über einen Aktor 154 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Die Positionen des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 können durch entsprechende Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden.
Unter einigen Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Aktoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen der entsprechenden Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Ventilaktoren können einer Art mit elektrischer Ventilbetätigung, einer Art mit Nockenbetätigung oder einer Kombination davon entsprechen. Die Einlass- und Auslassventilansteuerung können gleichzeitig gesteuert werden oder es kann eine beliebige von einer Möglichkeit zur variablen Einlassnockenansteuerung, zur variablen Auslassnockenansteuerung, zur dualen unabhängigen variablen Nockenansteuerung oder zur festgelegten Nockenansteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere aus Systemen zur Nockenprofilverstellung (cam profile switching - CPS), variablen Nockenansteuerung (variable cam timing - VCT), variablen Ventilansteuerung (variable valve timing - VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, zum Variieren des Ventilbetriebs nutzen. Beispielsweise kann der Zylinder 14 alternativ ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigung, einschließlich CPS und/oder VCT, gesteuertes Auslassventil beinhalten. In anderen Beispielen können das Einlass- und das Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor (oder ein gemeinsames Betätigungssystem) oder einen Aktor (oder ein Betätigungssystem) zur variablen Ventilansteuerung gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, bei dem es sich um ein Verhältnis von Volumina handelt, wenn sich der Kolben 138 am unteren Totpunkt (UT) oder oberen Totpunkt (OT) befindet. In einem Beispiel liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Hierzu kann es beispielsweise kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Wenn eine Direkteinspritzung verwendet wird, kann das Verdichtungsverhältnis aufgrund von deren Auswirkung auf das Motorklopfen ebenfalls erhöht sein.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung beinhalten. Unter ausgewählten Betriebsmodi kann ein Zündsystem 190 der Brennkammer 14 als Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA (Spark Advance) von der Steuerung 12 über eine Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. Ein Zeitpunkt des Signals SA kann auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen und des Fahrerdrehmomentbedarfs eingestellt werden. Beispielsweise kann der Zündfunken bei einem Zeitpunkt mit maximalem Bremsmoment (maximum brake torque - MBT) bereitgestellt werden, um die Motorleistung und -effizienz zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Motorbetriebsbedingungen, einschließlich Motordrehzahl, Motorlast und Abgas-AFR, in eine Lookup-Tabelle eingeben und den entsprechenden MBT-Zeitpunkt für die eingegebenen Motorbetriebsbedingungen ausgeben.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen konfiguriert sein, um diesem Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist der Zylinder 14 so gezeigt, dass er eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 beinhaltet. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu konfiguriert sein, Kraftstoff, der aus einem Kraftstoffsystem 8 aufgenommen wird, zuzuführen. Das Kraftstoffsystem 8 kann einen/eine oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffleitungen beinhalten. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 ist so gezeigt, dass sie direkt an den Zylinder 14 gekoppelt ist, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals FPW-1, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 eine sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (direct injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 14 bereit. Während 1 die Kraftstoff einspritzvorrichtung 166 so zeigt, dass sie auf einer Seite des Zylinders 14 positioniert ist, kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 alternativ oberhalb des Kolbens angeordnet sein, wie etwa in der Nähe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine niedrigere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann sich die Einspritzvorrichtung oberhalb und in der Nähe des Einlassventils befinden, um das Mischen zu verbessern. Kraftstoff kann der Kraftstoff einspritzvorrichtung 166 aus einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems 8 über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und eine Kraftstoffleitung zugeführt werden. Außerdem kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, welcher der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 ist so gezeigt, dass sie im Ansaugkanal 146 und nicht im Zylinder 14 angeordnet ist, in einer Konfiguration, die eine sogenannte Saugrohrkraftstoffeinspritzung (im Folgenden als PFI (port fuel injection) bezeichnet) in das Ansaugrohr stromaufwärts des Zylinders 14 bereitstellt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 kann aus dem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals FPW-2, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 171 empfangen wird, einspritzen. Es ist anzumerken, dass ein einzelner Treiber 168 oder 171 für beide Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet werden kann oder, wie abgebildet, mehrere Treiber, beispielsweise der Treiber 168 für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 und der Treiber 171 für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170, verwendet werden können.
In einem alternativen Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 als Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Zylinder 14 konfiguriert sein. In noch einem anderen Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 als Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff stromaufwärts des Einlassventils 150 konfiguriert sein. In noch anderen Beispielen kann der Zylinder 14 nur eine einzelne Kraftstoffeinspritzvorrichtung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, unterschiedliche Kraftstoffe in variierenden relativen Mengen als Kraftstoffgemisch aus den Kraftstoffsystemen aufzunehmen, und die außerdem dazu konfiguriert ist, dieses Kraftstoffgemisch entweder als Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung direkt in den Zylinder oder als Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung stromaufwärts der Einlassventile einzuspritzen.
Kraftstoff kann dem Zylinder während eines einzelnen Zyklus des Zylinders durch beide Einspritzvorrichtungen zugeführt werden. Beispielsweise kann jede Einspritzvorrichtung einen Teil einer Kraftstoffgesamteinspritzung zuführen, die in dem Zylinder 14 verbrannt wird. Außerdem können die Verteilung und/oder die relative Menge des Kraftstoffs, der von jeder Einspritzvorrichtung zugeführt wird, mit Betriebsbedingungen, wie etwa Motorlast, Klopfen und Abgastemperatur, wie hier nachstehend beschrieben, variieren. Der in das Ansaugrohr eingespritzte Kraftstoff kann während eines Ereignisses mit offenem Einlassventil, eines Ereignisses mit geschlossenem Einlassventil (z. B. im Wesentlichen vor dem Ansaugtakt) sowie während eines Betriebs bei sowohl offenem als auch geschlossenem Einlassventil zugeführt werden. Gleichermaßen kann direkt eingespritzter Kraftstoff beispielsweise während eines Ansaugtakts sowie teilweise während eines vorhergehenden Ausstoßtakts, während des Ansaugtakts und teilweise während des Verdichtungstakts zugeführt werden. Demnach kann selbst bei einem einzelnen Verbrennungsereignis eingespritzter Kraftstoff zu unterschiedlichen Zeitpunkten aus der Saugrohr- und Direkteinspritzvorrichtung eingespritzt werden. Darüber hinaus können bei einem einzelnen Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs pro Takt durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, des Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination davon durchgeführt werden.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Diese beinhalten Unterschiede in Bezug auf die Größe; beispielsweise kann eine Einspritzvorrichtung eine größere Einspritzöffnung als die andere aufweisen. Andere Unterschiede beinhalten unter anderem unterschiedliche Spritzwinkel, unterschiedliche Betriebstemperaturen, unterschiedliche Zielausrichtungen, unterschiedliche Einspritzzeitpunkte, unterschiedliche Spritzeigenschaften, unterschiedliche Standorte usw. Darüber hinaus können in Abhängigkeit von dem Verteilungsverhältnis des eingespritzten Kraftstoffs zwischen den Einspritzvorrichtungen 170 und 166 unterschiedliche Wirkungen erzielt werden.
Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoffe unterschiedlicher Kraftstoffarten enthalten, wie etwa Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten und unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Die Unterschiede können unterschiedliche Alkoholgehalte, unterschiedliche Wassergehalte, unterschiedliche Oktanzahlen, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen davon usw. beinhalten. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlichen Verdampfungswärmen könnte Benzin als erste Kraftstoffart mit einer niedrigeren Verdampfungswärme und Ethanol als zweite Kraftstoffart mit einer größeren Verdampfungswärme beinhalten. In einem anderen Beispiel kann der Motor Benzin als erste Kraftstoffart und ein alkoholhaltiges Kraftstoffgemisch, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol und zu 15 % aus Benzin besteht) oder M85 (das ungefähr zu 85 % aus Methanol und zu 15 % aus Benzin besteht), als zweite Kraftstoffart verwenden. Weitere mögliche Stoffe beinhalten Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Alkohol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme (z. B. ausführbare Anweisungen) und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als nichtflüchtiger Festwertspeicherchip 110 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich bereits erörterter Signale, und zusätzlich einschließlich einer Messung des eingeleiteten Luftmassenstroms (mass air flow - MAF) von einem Luftmassenstromsensor 122; einer Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 116, der an eine Kühlhülse 118 gekoppelt ist; einer Abgastemperatur von einem Temperatursensor 158, der an den Abgaskanal 148 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (profile ignition pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselposition (throttle position - TP) von einem Drosselpositionssensor; eines EGO-Signals von einem Abgassensor 128, das durch die Steuerung 12 zum Bestimmen des AFR des Abgases verwendet werden kann, und eines Absolutkrümmerdrucksignals (absolute manifold pressure- MAP) von einem MAP-Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem MAP-Sensor 124 kann dazu verwendet werden, eine Angabe von Unterdruck oder Druck im Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 kann eine Motortemperatur auf Grundlage der Motorkühlmitteltemperatur ableiten und eine Temperatur des Katalysators 178 auf Grundlage des von dem Temperatursensor 158 empfangenen Signals ableiten.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Beispielsweise kann die Motorsteuerung bei Empfang von Signalen von verschiedenen Sensoren Steuersignale an einen Aktor senden, um die Position einer variablen Einlassvorrichtung (VID) des Verdichters 174 zu verändern. Das Signal kann einen Aktor der VID als Reaktion auf eine aktuelle Motordrehzahl und Motorlast bezogen auf einen Pumpschwellenwert und/oder einen Stopfschwellenwert des Verdichters anweisen, die VID aus einer offenen in eine geschlossene Position oder aus einer geschlossenen in eine offene Position zu verstellen.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen einen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylindern, beinhalten kann. Außerdem kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 beschrieben und abgebildet sind.
Das Integrieren eines Turboladers in den Motor 10 kann die Motorleistung erheblich verbessern, indem die Menge an Luft und daher Kraftstoff, die den Zylindern unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 zugeführt wird, erhöht wird. Dies kann erreicht werden, indem der Verdichter 174, angetrieben durch die Turbine 176, verdichtete Luft in den Ansaugkrümmer des Motors 10 treibt. Es können jedoch Probleme bezüglich der Motoreffizienz während eines Motorbetriebs bei Low-End-Strömung auftreten, was zu Pumpbedingungen führen kann. Dieses Problem kann entschärft werden, indem eine variable Einlassvorrichtung (VID), wie etwa die in den 2A-3D gezeigte VID 210, einbezogen wird, die in den folgenden Beschreibungen ausführlicher erörtert wird.
In den 2A-2B ist jeweils ein Schema 200 einer Schnittansicht (z. B. Querschnitt) eines Verdichters 201, einschließlich der variablen Einlassvorrichtung (VID) 210, abgebildet. In einer Ausführungsform kann der Verdichter 201 der Verdichter 174 aus 1 sein. Ein Satz von Bezugsachsen 202 ist zum Vergleichen der gezeigten Ansichten bereitgestellt und gibt eine „y“-Vertikalrichtung 204 und eine „x“-Horizontalrichtung 206 an. Eine Mittelachse 212 des Verdichters 201 ist beinhaltet, um die ein Laufrad 218 drehbar ist. Die Mittelachse 212 kann zudem eine Mittelachse einer Einlassleitung 216 des Verdichters 201 sein und die Richtung des Gasstroms durch den Verdichter ist durch einen Pfeil 214 angegeben. Elemente des Verdichters 201 können in der Gasströmungsrichtung 214 durch den Verdichter 201 beschrieben werden und jedes beliebige Element im Gasströmungsweg relativ zu einem Bezugspunkt wird als stromabwärts des Bezugspunkts betrachtet. Im Gegensatz dazu befindet sich jedes beliebige Element, das in der Rückwärtsrichtung des Gasstroms relativ zu einem Bezugspunkt positioniert ist, stromaufwärts des Bezugspunkts.
Der Verdichter 201 kann die Einlassleitung 216, das Laufrad 218, einen Diffusor 220 und eine Spirale 222 beinhalten. Das Laufrad 218 kann eine Vielzahl von Laufradflügeln 224 aufweisen und über eine Welle 226, welche die Drehung des Laufrads 218 um die Mittelachse 212 des Verdichters 201 antreibt, mit einer Turbine verbunden sein. Ein Gasstrom (z. B. Ansaugluft aus einem Ansaugkanal, wie etwa dem in 1 gezeigten Ansaugkanal 142) kann aufgrund der Drehung des Laufrads 218 in die Einlassleitung 216 gesaugt werden und durch die VID 210 strömen, die stromaufwärts des Laufrads 218 angeordnet ist, bevor er am Laufrad 218 vorbei weiterströmt, durch den Diffusor 220 beschleunigt und sich in der Spirale 222 ansammelt. Eine Verlangsamung des Gasstroms in der Spirale 222 kann eine Erhöhung des Drucks in der Spirale 222 hervorrufen, was zu einem Gasstrom zum Ansaugkrümmer führt.
Der Gasstrom zum Ansaugkrümmer kann durch den Betrieb der VID 210 in der Einlassleitung 216 des Verdichters 201 variiert werden. Bei Abwesenheit der VID 210 kann der Strom durch den Verdichter eine Funktion der Menge an Luft sein, die durch den Ansaugkanal, wie etwa den Ansaugkanal 142 aus 1 eingesaugt wird, ohne zusätzliche Steuerung der Menge an Gas, die in den Verdichter 201 einströmt. Die Anordnung der VID 210 im direkten Gasströmungsweg kann daher eine erhebliche Auswirkung auf die Regulierung des Stroms durch den Verdichter 201 haben, der gemäß Motorbetriebsbedingungen einstellbar ist.
Nun werden konkrete Details der Ausrichtung und Geometrie der VID 210 beschrieben. Wie in den 2A-2B gezeigt, erstreckt sich die VID 210 über die gesamte Einlassleitung 216. Die VID 210 beinhaltet ein Paar von Schalen 229, das eine erste Schale 229a und eine zweite Schale 229b beinhaltet. Das Paar von Schalen 229 weist Außenflächen 228 auf, die gemeinsam einen Kanal bilden, der um die Mittelachse 212 zentriert ist und durch den der Ansaugluftstrom strömen kann. Insbesondere können die Außenflächen 228 des Paars von Schalen 229 mit einer Innenwand 230 der Einlassleitung 216 in Berührung stehen, wenn sich die VID 210 in der offenen Position befindet, wie in 2A gezeigt. Darüber hinaus ist eine Gesamtheit der VID 210 stromaufwärts einer Gesamtheit des Laufrads 218 angeordnet, einschließlich einer Vorderkante der Laufradflügel 224. Ein Elektromotor 236 in elektronischer Kommunikation mit einer Steuerung 234 (die der in 1 gezeigten Steuerung 12 entsprechen oder ähneln kann) ist mechanisch an einen Stangenmechanismus 203 gekoppelt. Auf Grundlage eines oder mehrerer elektronischer Signale von der Steuerung 234 kann der Elektromotor 236 angewiesen werden, einen Satz von Armen 209 des Stangenmechanismus 203, der an die VID 210 gekoppelt ist, zu schwenken, um die VID 210 zwischen der offenen und der geschlossenen Position zu betätigen.
Es sind andere Aktoren und Elektromotoren zum Betreiben der VID 210 denkbar, doch der Stangenmechanismus 203 kann eine geeignete Betätigungsvorrichtung für die zweischalige Konfiguration der VID 210 sein. Der Stangenmechanismus 203 kann einen Schaft 205 beinhalten, der mit der Mittelachse 212 des Verdichters 201 ausgerichtet ist und an einem Ende mit einem Zwischenpunkt einer Verbindungsstange 207 verbunden ist, die senkrecht zur Mittelachse 212 angeordnet ist. Der Satz von Armen 209 kann an einem Satz erster Enden 211 an der Verbindungsstange 207 und an einem Satz zweiter Enden 213 an dem Paar von Schalen 229 der VID 210 befestigt sein. Die Arme 209 können so um Verbindungsstellen zwischen den ersten Enden 211 und der Verbindungsstange 207 gedreht werden, dass die zweiten Enden 213 der Arme 209 zur Mittelachse 212 hin und von dieser weg schwenken können.
2A zeigt ein erstes Schema 200 des Verdichters 201 und der VID 210 in der offenen Position. In der offenen Position sind die zweiten Enden 213 der Arme 209 der VID 210 von der Mittelachse 212 weggeschwenkt. Die erste Schale 229a beinhaltet ein erstes Auslasssschalenende 240a und die zweite Schale 229b beinhaltet ein zweites Auslassschalenende 240b. Sowohl das erste als auch das zweite Auslassschalenende 240a und 240b sind an einem Auslassende 242 der VID 210 angeordnet. Das Auslassende 242 sowie das erste und das zweite Auslassschalenende 240a und 240b können stromabwärts des Einlassendes 238 in der Einlassleitung 216 angeordnet sein. Das Einlassende 238 kann ein erstes Einlassschalenende 244a der ersten Schale 229a und ein zweites Einlasschalenende 244b der zweiten Schale 229b umfassen. Das Paar von Schalen 229 kann über einen Satz von Scharnieren 233, die einander gegenüberliegend im Umfang der Basis 231 angeordnet sein können, an einer Basis 231 der VID 210 befestigt sein. Der Satz von Scharnieren 233 kann an Zwischenpunkten entlang des ersten und des zweiten Einlassschalenendes 244a und 244b positioniert sein. In der offenen Position können sich die Außenflächen 228 des Paars von Schalen 229 Flächen mit der Innenwand 230 der Einlassleitung 216 teilen und dadurch einen inneren Kanal durch die VID 210 bilden, der vom Einlassende 238 bis zum Auslassende 242 einen einheitlichen Durchmesser aufweisen kann.
Das Paar von Schalen 229 der VID 210 kann Formen aufweisen, die für eine gewünschte Wirkung auf den Strom eine Einstellung der Geometrie des inneren Kanals ermöglichen, der durch das Paar von Schalen 229 ausgebildet wird. Sowohl die erste Schale 229a als auch die zweite Schale 229b der VID 210 können einen Mittelbereich 215 und zwei Seitenbereiche 217, die auf beiden Seiten des Mittelbereichs 215 angeordnet sind, aufweisen, was in 4 genauer veranschaulicht ist. Der Mittelbereich 215 erstreckt sich in einer geraden Linie vom Einlassende 238 zum Auslassende 242 der VID 210. Die Seitenbereiche 217 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Mittelbereichs 215 voneinander beabstandet und können jeweils eine Seitenwand 246 aufweisen und jede Seitenwand 246 ist auch eine Seitenwand 246 einer des Paars von Schalen 229. Da jede Schale des Paars von Schalen 229 zwei Seitenbereiche 217 aufweist und jeder Seitenbereich der zwei Seitenbereiche die Seitenwand 246 aufweist, weist jede Schale des Paars von Schalen 229 mehr als eine Seitenwand 246 auf, z. B. weist jede Schale des Paars von Schalen 229 eine erste Seitenwand 246 und eine zweite Seitenwand 246 auf. In dem in den 2A-2B veranschaulichten Schema 200 ist nur die erste Seitenwand 246 gezeigt und daher bezieht sich die folgende Erörterung auf die sichtbare erste Seitenwand 246 sowohl der ersten Schale 229a als auch der zweiten Schale 229b. Es versteht sich jedoch, dass die Schilderung auch für die zweite Seitenwand 246 jeder des Paars von Schalen 229 gilt, die nicht gezeigt ist.
Die Elemente der ersten Seitenwand 246 werden nun der Einfachheit halber unter Bezugnahme auf die VID 210 in der offenen Konfiguration, wie in 2A gezeigt, und auf die erste Schale 229a des Paars von Schalen 229 beschrieben. Es versteht sich, dass die Beschreibung gleichermaßen die zweite Schale 229b beschreiben kann. Ein erster Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 kann sich koaxial zur Mittelachse 212 vom Einlassende 238 bis zu einem Zwischenpunkt entlang der Länge der VID 210 erstrecken. Ein zweiter Abschnitt 250 kann sich vom Ende des ersten Abschnitts 248 am Zwischenpunkt entlang der Länge der VID 210 zum Auslassende 242 der VID 210 erstrecken. Der zweite Abschnitt 250 kann so abgewinkelt sein, dass der zweite Abschnitt 250 am Auslassende 242 der VID 210 von der Mittelachse 212 weg abgewinkelt ist und den ersten Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 mit dem Auslassschalenende 240a verbindet. In der offenen Position kann sich der erste Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 der ersten Schale 229a eine Kante mit dem direkt benachbarten ersten Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 der zweiten Schale 229b teilen. Die Arme 209 des Stangenmechanismus 203, die an den zweiten Enden 213 an dem Paar von Schalen 229 der VID 210 befestigt sind, können senkrecht zu der Verbindungsstange 207 des Stangenmechanismus 203 stehen.
Wenn die VID 210, wie vorstehend beschrieben, in der offenen Position konfiguriert ist, erzeugen die Innenflächen des Paars von Schalen 229 eine geringe oder keine Strömungsbeschränkung durch die VID 210. Im Gegensatz dazu fungiert, wenn sich die VID 210 in der geschlossenen Position befindet, wie in 2B gezeigt, die Geometrie des durch das Paar von Schalen 229 ausgebildeten inneren Kanals als Verengung des Gasströmungswegs, wie durch den Pfeil 214 angegeben. In der geschlossenen Position können sich die Arme 209 des Stangenmechanismus 203 so drehen, dass die Arme 209 spitze Winkel relativ zur Verbindungsstange 207 bilden. Dementsprechend kann das Paar von Schalen 229 der VID 210, das an den zweiten Enden 213 der Arme 209 befestigt ist, an dem Satz von Scharnieren 233 so schwenken, dass sich das erste und das zweite Auslassschalenende 240a und 240b zur Mittelachse 212 des Verdichters 201 hinbewegen. Die Außenflächen 228 des Paars von Schalen 229 können sich nicht länger Flächen mit der Innenwand 230 der Einlassleitung 216 teilen, doch die VID 210 kann an dem Satz von Scharnieren 233 und der Basis 231 mit der Innenwand 230 in Berührung bleiben. Das Schwenken der Schalen 229 kann die Ausrichtung des Paars von Schalen 229 relativ zueinander verändern, was zu der kantenteilenden Berührung zwischen dem zweiten Abschnitt 250 der ersten Seitenwand 246 der ersten Schale 229a und dem direkt benachbarten zweiten Abschnitt 250 der ersten Seitenwand 246 der zweiten Schale 229b führt.
Wenn sie in die geschlossene Position geschwenkt sind, bilden das erste und das zweite Auslassschalenende 240a und 240b der VID 210 zusammen eine durchgehende, gerade Kante und ein Querschnitt des ersten und des zweiten Auslassschalenendes 240a und 240b entlang einer Richtung senkrecht zur Mittelachse 212 kann ringförmig sein. Ein Durchmesser am Auslassende 242 kann in der geschlossenen Position geringer sein als der Durchmesser am Einlassende 238 der VID 210. Der erste Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 der ersten Schale 229a teilt sich keine Kante mit dem ersten Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 der zweiten Schale 229b und der erste Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 für sowohl die erste als auch die zweite Schale 229a und 229b kann sich in einer der durch Pfeil 214 angegebenen Strömungsrichtung entgegengesetzten Richtung nach außen und von der Mittelachse 212 weg erstrecken. In der geschlossenen Position bilden die Innenflächen des Paars von Schalen 229 einen Kanal durch die VID, der sich in der durch Pfeil 214 angegebenen Strömungsrichtung verengt und dadurch den Gasstrom beschränkt.
Um die Ausrichtung der VID 210 in der offenen und der geschlossenen Position und deren Wirkung auf die Strömungsmenge durch die VID 210 und daher durch den Verdichter, wie etwa den Verdichter 174 aus 1 und 201 aus den 2A-2B, zu veranschaulichen, wird die VID 210 in den folgenden Figurenbeschreibungen ausführlicher erörtert. Ein Beispiel für die VID 210 in den 2A-2B ist in den 3A-3D bereitgestellt, die Profil- und Vorderansichten für beide Konfigurationen der VID 210 (z. B. offen und geschlossen) abbilden. Der Satz von Bezugsachsen 202 ist zum Vergleichen der gezeigten Ansichten bereitgestellt und gibt die „y“-Vertikalrichtung 204, die „x“-Horizontalrichtung 206 und eine „z“-Querrichtung 208 an. Die Mittelachse 212 der VID 210, bei der es sich zudem um die Mittelachse eines Verdichters, wie etwa des Verdichters 201 in den 2A-2B, handeln kann, in dem die VID 210 angebracht sein kann, ist in den 3A und 3C gezeigt. Die Gaströmungsrichtung durch die VID 210 und durch den Verdichter ist durch den Pfeil 214 angegeben. Der Mittelbereich 215 und die Seitenbereiche 217 sind in allen Darstellungen der VID 210 in den 3A-3D angegeben.
Beginnend mit dem am weitesten stromaufwärtigen Elementen der VID 210, kann der Elektromotor 236, der in elektronischer Kommunikation mit einer Steuerung, wie etwa der Steuerung 12 aus 1, stehen kann, einen Rotor 235 und ein Zahnrad 237 umfassen, die in Einklang miteinander arbeiten, um den Stangenmechanismus 203 zu betätigen. Der Stangenmechanismus 203, der den Schaft 205, die Verbindungsstange 207 und die Arme 209 beinhaltet, kann am zweiten Ende 213 an den Außenflächen 228 des Paars von Schalen 229 der VID 210 befestigt sein. Wenn der Elektromotor 236 als Reaktion auf eine Motorbetriebsbedingung ein Signal von der Steuerung empfängt, kann der Elektromotor 236 den Stangenmechanismus 203 über den Rotor 235 und das Zahnrad 237 in Eingriff nehmen, um die Arme 209 zu schwenken, um die Position der VID 210 so einzustellen, dass sie eine gewünschte Strömungsmenge durch den Verdichter zulässt.
Beispielsweise kann die VID 210 bei einem High-End-Motorlastbetrieb in eine offene Position, wie in den 3A-3B gezeigt, betätigt werden, bei der die Arme 209 des Stangenmechanismus 203 senkrecht zur Verbindungsstange 207 ausgerichtet sind. Wie in 3A gezeigt, kann die Ebene entlang der Horizontalrichtung 206 der Außenflächen 228 des Paars von Schalen 229 der VID 210 parallel zur Mittelachse 212 verlaufen. Ein erster Abschnitt 248 einer ersten Seitenwand 246a der ersten Schale 229a und ein erster Abschnitt 248b einer ersten Seitenwand 246b einer zweiten Schale 229b können koaxial zur Mittelachse 212 sein. Demnach kann sich der erste Abschnitt 248a der Seitenwand 246a der ersten Schale 229a eine Kante mit dem ersten Abschnitt 248b der Seitenwand 246b der zweiten Schale 229b teilen. Ein zweiter Abschnitt 250a der Seitenwand 246a der ersten Schale 229a und ein zweiter Abschnitt 250b der Seitenwand 246b der zweiten Schale 229b können in Bezug auf die Mittelachse 212 so abgewinkelt sein, dass die zweiten Abschnitte 250a und 250b entlang der Gasströmungsrichtung, wie durch Pfeil 214 angegeben, nach außen und von der Mittelachse 212 weg geneigt sind. Ein Satz von zwei Lücken, wiedergegeben durch Pfeile 252, kann zwischen dem Auslassschalenende 240a der ersten Schale 229a und dem Auslassschalenende 240b der zweiten Schale 229b positioniert sein. Die Ebenen, die durch das Auslassschalenende 240a der ersten Schale 229a und das Auslassschalenende 240b der zweiten Schale 229b entlang der Vertikalrichtung 204 ausgebildet sind, sind in Bezug auf die Vertikalrichtung 204 geneigt, wenn sich die VID 210 in der in 2A abgebildeten offenen Position befindet. Im Gegensatz dazu sind die Ebenen, die durch das Einlassschalenende 244a der ersten Schale 229a und das Einlassschalenende 244b der zweiten Schale 229b entlang der Vertikalrichtung 204 ausgebildet sind, mit der Vertikalrichtung 204 ausgerichtet und können eine durchgehende gerade Kante bilden.
Die Gesamtheit des Paars von Schalen 229 kann beweglich sein, mit Ausnahme des Bereichs, in dem der Satz von Scharnieren 233 das Paar von Schalen 229 an der Basis 231 der VID 210 befestigt. Der Satz von Scharnieren 233 kann an einem zentralen Punkt entlang der Einlassschalenkante 244a der ersten Schale 229a und entlang der Einlassschalenkante 244b der zweiten Schale 229b angebracht sein, an dem die Einlassschalenenden 244a und 244b auf die Außenflächen 228 des Paars von Schalen 229 treffen. Bei dem Satz von Scharnieren 233 kann es sich um Drehpunkte handeln, um die das Paar von Schalen 229 gedreht werden kann. Die Basis 231, an welcher der Satz von Scharnieren 233 fixiert sein kann, kann ein um die Mittelachse 212 zentrierter Ring sein und kann einen Durchmesser aufweisen, der etwas größer ist als der Durchmesser des Rings, der durch die benachbarte Anordnung des Einlasschalenendes 244a der ersten Schale 229a mit dem Einlassschalenende 244b der zweiten Schale 229b, wie in 3B zu sehen, gebildet wird. Das Paar von Schalen 229 kann relativ dünn sein, wobei ein Außendurchmesser 254 des Paars von Schalen 229 (in der offenen Konfiguration) etwas breiter ist als ein Innendurchmesser 256 des Paars von Schalen 229 (in der offenen Konfiguration), wobei etwas weiter weiter um eine Dicke der Wände des Paars von Schalen 229 (z. B. einen halben Zentimeter oder weniger) beinhalten kann. Ein Innendurchmesser eines inneren Kanals 258 an den Einlassschalenenden 244a und 244b, auch dem Einlassende 238, entspricht dem Innendurchmesser des inneren Kanald 258 an den Auslassschalenenden 240a und 240b, auch dem Auslassende 242, wenn sich die VID 210 in der offenen Konfiguration befindet; somit kann eine Vielzahl von Innenflächen 260 des Paars von Schalen 229 einen einheitlichen, glatten ringförmigen Kanal innerhalb der VID 210 bilden.
Wie vorstehend beschrieben, kann die VID 210 während hoher Motorlasten in die offene Position betätigt werden. Wenn sich die Bedingungen so verändern, dass es zu geringen Motorbetriebslasten in dem Motor, wie etwa dem Motor 5 aus 1, kommt, kann die Steuerung, unter Bezugnahme auf die Steuerung 12 aus 1, dem Elektromotor 236 signalisieren, die VID 210 in die geschlossene Position zu schwenken, wie etwa in den 3C-3D gezeigt. Die Erörterung der VID 210 in der geschlossenen Position beginnt mit dem Betätigungsmechanismus, dem am weitesten stromaufwärtigen Element. In dieser Ausrichtung können die Arme 209 des Stangenmechanismus 203 so abgewinkelt sein, dass die zweiten Enden 213 näher an der Mittelachse 212 liegen als die ersten Enden 211 und die Arme 209 spitze Winkel mit der Verbindungsstange 207 bilden. Das Abwinkeln der Arme 209 kann zur Neigung des Paars von Schalen 229, wie in 3C gezeigt, im Vergleich zu der in 3A gezeigten offenen Position führen.
Weiter entlang des Strömungswegs durch die VID 210 kann das Schwenken des Paars von Schalen 229 in die geschlossene Position an dem Satz von Scharnieren 233 dazu führen, dass das Einlassschalenende 244a der ersten Schale 229a und das Einlasschalenende 244b der zweiten Schale 229b in die Öffnung der Basis 231 der VID 210 gleiten, wie in 3C gezeigt. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Basis 231 ringförmig mit einem Innendurchmesser, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Einlassendes 238 der VID 210, konfiguriert ist, was eine ungehinderte Bewegung der Einlassschalenenden 244a und 244b in und aus der Basis 231 ermöglicht. Wenn sie in die Basis 231 der VID 210 gleiten, können die Einlassschalenenden 244a und 244b sich so in Bezug auf die Vertikalrichtung 204 abwinkeln, dass der zentrale Bereich der Einlassschalenenden 244a und 244b, an dem die Scharniere 233 angebracht sind, weiter stromabwärts liegen kann als die Ecken, an denen das Einlassschalenende 244a auf den ersten Abschnitt 248a der Seitenwand 246a der ersten Schale 229a trifft und das Einlassschalenende 244b auf den ersten Abschnitt 248b der Seitenwand 246b der zweiten Schale 229b trifft.
Das Neigen des Paars von Schalen 229 der VID 210 kann zudem zu einer Veränderung der Ausrichtung der ersten Schale 229a relativ zur zweiten Schale 229b führen. Der erste Abschnitt 248a der Seitenwand 246a der ersten Schale 229a und der erste Abschnitt 248b der Seitenwand 246b der zweiten Schale 229b können in Bezug auf die Mittelachse 212 so abgewinkelt sein, dass die ersten Abschnitte 248a und 248b am Einlassende 238 der VID 210 von der Mittelachse 212 weg abgewinkelt sind. Der zweite Abschnitt 250a der Seitenwand 246a der ersten Schale 229a kann sich eine Kante mit dem zweiten Abschnitt 250b der Seitenwand 246b der zweiten Schale 229b teilen. Die gemeinsame Kante zwischen den zweiten Abschnitten 250a und 250b der Seitenwände 246a und 246b des Paars von Schalen 229 kann koaxial zur Mittelachse 212 sein. Das Auslassschalenende 240a der ersten Schale 229a und das Auslassschalenende 240b der zweiten Schale 229b können in der geschlossenen Position, wie in 3C zu sehen, eine durchgehende Kante bilden, die senkrecht zur Mittelachse 212 verläuft.
Das Schwenken des Paars von Schalen 229 der VID 210 in die geschlossene Position kann die Außenflächen 228 des Paars von Schalen 229 in Bezug auf die Mittelachse 212 so abwinkeln, dass der Durchmesser 264 des Auslassendes 242 geringer ist als der Durchmesser 262 des Einlassendes 238, wenn sich die VID 210 in der geschlossenen Position befindet, wie in 3D gezeigt. Der innere Kanal 258, der durch die Innenflächen, unter Bezugnahme auf die Innenflächen 260 aus 3B, des Paars von Schalen 229 erzeugt wird, ist ein glatter, ringförmiger Kanal, der am Einlass des Kanals breiter ist als am Auslass. Auf diese Weise kann das Paar von Schalen 229, wenn es in die geschlossene Position betätigt wird, so geschwenkt werden, dass sich der innere Kanal 258 der VID 210 entlang der Gasströmungsrichtung, wie durch Pfeil 214 angegeben, verengt und dadurch den Strom durch die VID 210 und durch die Einlassleitung 216 des Verdichters beschränkt. Dies kann verhindern, dass sich Druck am Auslassende des Verdichters aufbaut, was üblicherweise zu unerwünschten Pumpbedingungen führt.
Nun unter Bezugnahme auf 4 ist eine andere perspektivische Ansicht der Schale 229a gezeigt, die gleichermaßen für die zweite Schale 229b der VID 210 konfiguriert sein kann. Der Satz von Bezugsachsen 202 ist zum Vergleichen der gezeigten Ansichten bereitgestellt und gibt die „x“-Horizontalrichtung 206 und die „z“-Querrichtung 208 an. Die Gasströmungsrichtung durch sowohl die VID als auch einen Verdichter, wie etwa den Verdichter 172 aus 1 und 201 aus den 2A-2B, ist durch den Pfeil 214 vorgegeben und die Mittelachse 212 des Verdichters ist abgebildet, um welche die Schale 229a spiegelsymmetrisch ist.
Beginnend mit den Elementen, die der Mittelachse 212 am nächsten liegen, erstreckt sich der Mittelbereich 215 entlang der Horizontalrichtung 206 von einem Einlassende zu einem Auslassende der VID, unter Bezugnahme auf das Einlassende 238, das Auslassende 242 und die VID 210 aus den 2A-3D. Ein Auslassende des Mittelbereichs 215 ist auch das Auslassschalenende 240 und ein Einlassende des Mittelbereichs 215 ist ein Mittelabschnitt des Einlassschalenendes 244. Der Mittelbereich 215 weist einen rechteckigen Umriss mit einer gekrümmten Innenfläche 260a auf, die mit einer gekrümmten Außenfläche einhergeht, wie etwa den Außenflächen 228 des Paars von Schalen 229, wie in den 2A-3D gezeigt. Eine Dicke des Mittelbereichs 215, wie in der Horizontalrichtung 206 gemessen, kann im Vergleich zu einer Länge und Breite des Mittelbereichs 215, die entlang der Horizontal- 206 bzw. der Querrichtung 208 gemessen werden, relativ dünn sein. Beispielsweise kann die Dicke 5 % der Länge des Mittelbereichs betragen. Ein Scharnier des Satzes von Scharnieren 233 kann zentral entlang des Einlassschalenendes 244 der Schale 229a angebracht sein und als Drehpunkt fungieren, um den die Schale 229a geschwenkt werden kann.
Von der Mittelachse 212 nach außen gehend, können ein erster Seitenbereich 217a und ein zweiter Seitenbereich 217b auf jeweils einer Seite des Mittelbereichs 215 angeordnet und durch den Mittelbereich 215 voneinander beabstandet sein. Der erste Seitenbereich 217a kann eine erste Seitenwand 246a aufweisen und der zweite Seitenbereich 217b kann eine zweite Seitenwand 246b aufweisen, wobei jede Seitenwand 246a und 246b zwei Abschnitte umfasst. Ein erster Abschnitt 248a der ersten Seitenwand 246a liegt stromaufwärts eines zweiten Abschnitts 250a der ersten Seitenwand 246a und ein erster Abschnitt 248b der zweiten Seitenwand 246b liegt stromaufwärts eines zweiten Abschnitts 250b der zweiten Seitenwand 246b. Der erste Abschnitt 248a der ersten Seitenwand 246a weist einen Endpunkt auf, der ein Zwischenpunkt 249a entlang der Höhe der Schale 229a relativ zur Horizontalrichtung 206 ist, und der erste Abschnitt 248b der zweiten Seitenwand 246b weist einen Endpunkt auf, der ein Zwischenpunkt 249b entlang der Höhe der Schale 229a ist. Beide ersten Abschnitte 248a und 248b der ersten bzw. der zweiten Seitenwand 246a und 246b können sich vom Einlassschalenende 244 in einer Richtung nach oben erstrecken, die koaxial zur Mittelachse 212 verläuft. Der zweite Abschnitt 250a erstreckt sich von dem Zwischenpunkt 249a der ersten Seitenwand 246a bis zu einem ersten Ende 270a des Auslassschalenendes 240 und der zweite Abschnitt 250b erstreckt sich von dem Zwischenpunkt 249b der zweiten Seitenwand 246b bis zu einem zweiten Ende 270b des Auslassschalenendes 240. Die zweiten Abschnitte 250a und 250b sind relativ zur Mittelachse 212 abgewinkelt und der Abstand zwischen dem ersten Ende 270a und dem zweiten Ende 270b des Auslassschalenendes 240 ist geringer als der Abstand zwischen den Zwischenpunkten 249a und 249b der ersten und der zweiten Seitenwand 246a und 246b. Eine Länge beider zweiten Abschnitte 250a und 250b der ersten und der zweiten Seitenwand 246a und 246b, wiedergegeben durch einen Pfeil 266, ist länger als eine Länge der ersten Abschnitte 248a und 248b der ersten und der zweiten Seitenwand 246a und 246b, wie durch einen Pfeil 268 wiedergegeben.
Die Innenfläche 260a, welche die Hälfte der in 3B abgebildeten Innenflächen 260 umfasst, erstreckt sich so entlang der Querrichtung 208 über die Seitenbereiche 217a und 217b, dass die Innenfläche 260a glatt und durchgehend zwischen den zwei Seitenwänden 246a und 246b und dem Einlassschalenende 244 und dem Auslassschalenende 240 verläuft. Zudem kann eine Dicke beider Seitenbereiche 217a und 217b der Dicke des Mittelbereichs 215 entsprechen, die im Vergleich zur Länge und Breite der Schale 229, die in der Horizontal- 206 bzw. Querrichtung 208 gemessen werden, relativ dünn ist. Somit kann die Kombination aus der glatten, lückenlosen Innenfläche 260 und der relativ geringen Dicke der Schale 229a zu einer minimalen Beschränkung des Gasstroms durch die VID, wie etwa die VID 210 aus den 2A-3D, führen, wenn sich die VID in der offenen Position in der Einlassleitung des Verdichters befindet.
Die 2A-4 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart gezeigt sind, zumindest in einem Beispiel aneinander anliegend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die sich Flächen oder Kanten miteinander teilen, als sich Flächen teilend oder Kanten teilend bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich nur ein Abstand dazwischen befindet und keine anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein anderes Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Außerdem kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in mindestens einem Beispiel als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne können sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein anderes Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (wie z. B. als rund, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Außerdem können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Darüber hinaus kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Steuern des Betriebs (z. B. Steuern einer Position) einer variablen Einlassvorrichtung, die in einer Einlassleitung eines Verdichters positioniert ist, gezeigt. Insbesondere kann die variable Einlassvorrichtung (VID) die in den 2A-3D gezeigte VID 210 sein. Die VID kann in einer Einlassleitung eines Verdichters stromaufwärts eines Laufrads positioniert sein, wie etwa die in den 2A-2B gezeigte VID 210. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 500 und der übrigen in dieser Schrift enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung (z. B. die in 1 gezeigte Steuerung 12) auf Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangenen Signalen ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen. Beispielsweise kann die Steuerung einen Elektromotor einsetzen, der an einen Stangenmechanismus mit schwenkbaren Armen gekoppelt ist, um die VID zwischen einer offenen Position (wie in den 2A, 3A und 3B gezeigt) und einer geschlossenen Position (wie in den 2B, 3C und 3D gezeigt) zu verstellen. Ein Beispiel für einen derartigen an die VID gekoppelten Aktor ist in den 2A-3D gezeigt, wie vorstehend beschrieben.
Bei 502 beinhaltet das Verfahren ein Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Die Motorbetriebsbedingungen können Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperaturen (wie etwa Motorkühlmitteltemperatur), Luftmassenstrom zum Motor, Ansaugkrümmerdruck, eine Druckdifferenz über einem Verdichter, eine Luftmassenströmungsrate durch den Verdichter, eine Position der VID usw. beinhalten.
Bei 504 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen, ob der aktuelle Motorbetrieb unterhalb eines Pumpschwellenwerts liegt. Der aktuelle Motorbetrieb unterhalb eines Pumpschwellenwerts kann eine aktuelle (z. B. aktuell bestimmte) Motorlast und Motordrehzahl beinhalten, die unterhalb einer Pumplinie oder eines Pumpschwellenwerts liegen. Beispielsweise kann eine Abbildung der Motorlast im Verhältnis zur Motordrehzahl, wie etwa die in 6 gezeigte , in einem Speicher der Steuerung gespeichert sein. Mit Blick auf 6 beinhaltet die eine Betriebsbegrenzungslinie 602. Alle möglichen Motordrehzahl- und Motorlastbetriebspunkte des Motors können in den Achsen und der Betriebsbegrenzungslinie 602 enthalten sein. Die beinhaltet zudem eine Pumpschwellenwertlinie 604. Wenn der Motor bei einem Motordrehzahl- und Motorlastpunkt arbeitet, der unter oder links der Pumpschwellenwertlinie 604 liegt, kann die Wahrscheinlichkeit von Verdichterpumpen relativ dazu, wenn der Motor bei einem Motordrehzahl- und Motorlastpunkt arbeitet, der über oder rechts der Pumpschwellenwertlinie 604 liegt, erhöht sein. Die beinhaltet zwei Zonen: eine erste Zone 606, die unter oder links der Pumpschwellenwertlinie 604 liegt, und eine zweite Zone 608, die über oder rechts der Pumpschwellenwertlinie 604 liegt. Wie nachstehend ausführlicher erläutert, kann der Motor, wenn der Motor bei einem Motordrehzahl- und Motorlastpunkt arbeitet, der innerhalb der ersten Zone 606 liegt, unter einer Bedingung mit geringerer Last arbeiten und die Steuerung kann die VID in die geschlossene Position betätigen. Im Gegensatz dazu kann der Motor, wenn der Motor bei einem Motordrehzahl- und Motorlastpunkt arbeitet, der innerhalb der zweiten Zone 608 liegt, unter einer Bedingung mit höherer Last arbeiten und die Steuerung kann die VID in die offene Position betätigen. In alternativen Ausführungsformen kann die Steuerung anstelle einer Abbildung der Motordrehzahl und Motorlast eine Abbildung von Verdichterbedingungen nutzen, wie etwa Druckdifferenz über dem Verdichter und Luftmassenstrom durch den Verdichter bezogen auf eine Pumplinie, um zu bestimmen, in welche Position die VID zu verstellen ist.
Zurück bei 5 kann die Steuerung bei 504 unter Verwendung einer gespeicherten Abbildung oder Lookup-Tabelle ähnlich der in 6 gezeigte bestimmen, ob der Motor unterhalb des Pumpschwellenwerts arbeitet. Beispielsweise kann die Steuerung die aktuelle Motordrehzahl und Motorlast bestimmen und dann nachschlagen, ob dieser Betriebspunkt über oder unter dem Pumpschwellenwert liegt. In einem Beispiel kann der Pumpschwellenwert ein voreingestellter Pumpschwellenwert sein, der in der Abbildung oder Lookup-Tabelle gespeichert ist. Wenn der Motor nicht unterhalb des Pumpschwellenwerts arbeitet (z. B. der aktuelle Motordrehzahl- und -lastpunkt in der in gezeigten zweiten Zone 608 liegt), geht das Verfahren zu 506 über, um die VID zu öffnen. Das Öffnen der VID kann beinhalten, dass die Steuerung ein elektronisches Signal an einen Aktor der VID (wie etwa den Elektromotor 236 und den Stangenmechanismus 203, die in den 2A-3D gezeigt sind) sendet, um entweder die VID aus der geschlossenen Position in die offene Position zu verstellen oder die VID in der offenen Position zu belassen. Die offene Position der VID ist in den 2A, 3A und 3B gezeigt, wie vorstehend beschrieben. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf diese Figuren erläutert, beschränkt eine Innenfläche der VID in der offenen Position den Strom durch die VID von einem Einlassende zu einem Auslassende der VID nicht. Das Verstellen der VID aus der geschlossenen Position in die offene Position kann ein Schwenken eines Paars halbzylindrischer Schalen der VID über den Aktor, der an die Scharniere der Schalen gekoppelt ist, in einer Richtung relativ zu einer Mittelachse des Verdichters (um die sich das Laufrad dreht) beinhalten, derart, dass sich die Außenflächen der Schalen Flächen mit den Innenwänden der Einlassleitung teilen und ein Durchmesser des Auslassendes der VID zunimmt.
Alternativ geht das Verfahren bei 504, wenn der Motor unterhalb des Pumpschwellenwerts arbeitet (z. B. der aktuelle Motordrehzahl- und -lastpunkt in der in gezeigten ersten Zone 606 liegt), zu 508 über, um die VID zu schließen. Das Schließen der VID kann beinhalten, dass die Steuerung ein elektronisches Signal an den Aktor der VID sendet, um entweder die VID aus der offenen Position in die geschlossene Position zu verstellen oder die VID in der geschlossenen Position zu belassen. Die geschlossene Position der VID ist in den 2B, 3C und 3D gezeigt, wie vorstehend beschrieben. Wie vorstehend in Bezug auf diese Figuren erläutert, verengt sich in der geschlossenen Position die Innenfläche der VID entlang einer Länge der VID. Das Verstellen der VID aus der offenen Position in die geschlossene Position kann ein Schwenken jeder Schale der VID über den Aktor beinhalten, der an die Scharniere der Schalen gekoppelt ist, derart, dass das Auslassende jeder Schale zur Mittelachse des Verdichters hinschwenkt.
Auf diese Weise kann eine variable Einlassvorrichtung (VID), die innerhalb einer Einlassleitung eines Verdichters stromaufwärts eines Laufrads des Verdichters positioniert ist, verwendet werden, um den Strom durch die Einlassleitung und zum Laufrad einzustellen. Die VID kann ein Paar benachbart angeordneter halbzylindrischer Schalen beinhalten, wobei der innere Kanal der VID mit einer Drehmittelachse des Verdichters ausgerichtet ist. Jede Schale beinhaltet ein Einlassende, das stromaufwärts eines Auslassendes angeordnet ist, wobei jede Schale dazu ausgelegt ist, um ein Scharnier zu schwenken, dass zentral entlang dem Einlassende der Schale angebracht ist. In einem Beispiel kann die VID in eine offene Position verstellt werden, bei der sich die Außenflächen der Schalen Flächen mit den Innenwänden der Einlassleitung teilen und der Innendurchmesser des Strömungskanals der VID vom Einlassende bis zum Auslassende einheitlich ist. Auf diese Weise kann die Strömungsbeschränkung durch die VID und zum Laufrad minimiert werden, wodurch die Verdichterleistung in dieser Position erhöht werden kann. In einem anderen Beispiel kann die VID in eine geschlossene Position verstellt werden, bei der die Auslassenden der Schalen zur Drehmittelachse hingeschwenkt sind, wodurch ein sich verengender Weg durch die VID vom Einlass- zum Auslassende erzeugt wird, der den Strom durch die VID beschränkt und den Pumpgrenzenabstand erhöht. Der technische Effekt des Verstellens der VID in die geschlossene Position unter Bedingungen mit geringerer Last besteht darin, dass die Verdichtereffizienz erhöht wird, während die Wahrscheinlichkeit von Pumpen reduziert wird.
Der technische Effekt des Verstellens der VID in die offene Position unter Bedingungen mit höherer Last besteht darin, dass die Strömungsbeschränkung zum Laufrad reduziert wird, wodurch die Verdichterleistung verbessert wird.
Als eine Ausführungsform beinhaltet ein Verdichter Folgendes: ein Laufrad, das um eine Mittelachse drehbar ist; und eine variable Einlassvorrichtung (VID), die in einer Einlassleitung stromaufwärts des Laufrads positioniert ist und zwei halbzylindrische Schalen beinhaltet, die Innenflächen aufweisen, die einen inneren Strömungskanal durch die VID bilden, der mit der Mittelachse ausgerichtet ist, wobei jede der zwei Schalen um einen Satz von Scharnieren, der an einem Einlassende der VID angeordnet ist, zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position schwenkbar ist. In einem ersten Beispiel für den Verdichter ist ein Aktor an die beiden Schalen gekoppelt und dazu ausgelegt, die VID in die offene und die geschlossene Position zu betätigen, wobei der Aktor einen Elektromotor beinhaltet, der an zwei schwenkbare Arme gekoppelt ist, wobei jeder Arm der zwei schwenkbaren Arme an eine Außenfläche einer entsprechenden Schale der zwei Schalen gekoppelt ist. Ein zweites Beispiel für den Verdichter beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet außerdem, dass Außenflächen der beiden Schalen benachbart zu einer Innenwand der Einlassleitung angeordnet sind. Ein drittes Beispiel für den Verdichter beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten und des zweiten Beispiels und beinhaltet außerdem, dass das Einlassende der VID durch ein erstes Einlassende einer ersten Schale der zwei Schalen und ein zweites Einlassende einer zweiten Schale der zwei Schalen ausgebildet ist, wobei die VID außerdem ein Auslassende beinhaltet, das durch ein erstes Auslassende der ersten Schale und ein zweites Auslassende der zweiten Schale ausgebildet ist, wobei das Einlassende der VID stromaufwärts des Auslassendes der VID angeordnet ist und wobei der Strömungskanal innerhalb der Innenflächen der beiden Schalen zwischen dem Einlassende und dem Auslassende der VID ausgebildet ist. Ein viertes Beispiel für den Verdichter beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet außerdem, dass die erste Schale einen ersten Mittelbereich, der sich in einer geraden Linie vom ersten Einlassende zum ersten Auslassende erstreckt und einen ersten Seitenbereich, der auf einer gegenüberliegenden Seite des ersten Mittelbereichs von einem zweiten Seitenbereich angeordnet ist, aufweist, wobei der erste und der zweite Seitenbereich durch den ersten Mittelbereich voneinander beabstandet sind, und wobei die zweite Schale einen zweiten Mittelbereich, der sich in einer geraden Linie vom zweiten Einlassende zum zweiten Auslassende erstreckt, und einen dritten Seitenbereich, der auf einer gegenüberliegenden Seite des zweiten Mittelbereichs von einem vierten Seitenbereich angeordnet ist, aufweist, wobei der dritte und der vierte Seitenbereich durch den zweiten Mittelbereich voneinander beabstandet sind. Ein fünftes Beispiel für den Verdichter beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet außerdem, dass der erste Seitenbereich der ersten Schale eine erste Seitenwand aufweist und der zweite Seitenbereich der ersten Schale eine zweite Seitenwand aufweist und die erste und die zweite Seitenwand jeweils einen erste geraden Abschnitt aufweisen, der sich vom ersten Einlassende zu einem ersten Zwischenpunkt der ersten Schale erstreckt und jede der ersten und der zweiten Seitenwand einen ersten abgewinkelten Abschnitt aufweist, der sich vom ersten Zwischenpunkt zum ersten Auslassende erstreckt, wobei der erste abgewinkelte Abschnitt sowohl der ersten als auch der zweiten Seitenwand einen entsprechenden ersten geraden Abschnitt mit dem ersten Auslassende verbindet, wobei der dritte Seitenbereich der zweiten Schale eine dritte Seitenwand aufweist und der vierte Seitenbereich der zweiten Schale eine vierte Seitenwand aufweist und die dritte und die vierte Seitenwand jeweils einen zweiten geraden Abschnitt aufweisen, der sich vom zweiten Einlassende zu einem zweiten Zwischenpunkt der zweiten Schale erstreckt, und jede der dritten und der vierten Seitenwand einen zweiten abgewinkelten Abschnitt aufweist, der sich vom zweiten Zwischenpunkt zum zweiten Auslassende erstreckt, wobei jeder zweite abgewinkelte Abschnitt einen entsprechenden zweiten geraden Abschnitt mit dem zweiten Auslassende verbindet. Ein sechstes Beispiel für den Verdichter beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet außerdem, dass jeder abgewinkelte Abschnitt länger ist als jeder gerade Abschnitt. Ein siebtes Beispiel für den Verdichter beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet außerdem, dass der erste Mittelbereich und der erste und zweite Seitenbereich der ersten Schale eine durchgehende und gekrümmte Außen- und Innenfläche der ersten Schale erzeugen und der zweite Mittelbereich und der dritte und der vierte Seitenbereich der zweiten Schale eine durchgehende und gekrümmte Außen- und Innenfläche der zweiten Schale erzeugen. Ein achtes Beispiel für den Verdichter beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis siebten Beispiels und beinhaltet außerdem, dass sich in der offenen Position die Außenflächen der beiden Schalen Flächen mit einer Innenwand der Einlassleitung teilen und sich jeder erste gerade Abschnitt der ersten Schale eine Kante mit einem entsprechenden zweiten gerade Abschnitt der zweiten Schale teilt. Ein neuntes Beispiel für den Verdichter beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis achten Beispiels und beinhaltet außerdem, dass in der geschlossenen Position jedes Auslassende der beiden Schalen nach innen zur Mittelachse hin von einer Innenwand der Einlassleitung weg geschwenkt ist und sich jeder erste abgewinkelte Abschnitt der ersten Schale eine Kante mit einem entsprechen zweiten abgewinkelten Abschnitt der zweiten Schale teilt. Ein zehntes Beispiel für den Verdichter beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis neunten Beispiels und beinhaltet außerdem, dass in der geschlossenen Position das Einlassende der VID einen größeren Durchmesser aufweist als das Auslassende der VID. Ein elftes Beispiel für den Verdichter beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis zehnten Beispiels und beinhaltet außerdem, dass ein erstes Scharnier des Satzes von Scharnieren an einem Zwischenpunkt des ersten Einlassendes der ersten Schale angeordnet ist und das erste Einlassende an einer Basis der VID befestigt und dass ein zweites Scharnier des Satzes von Scharnieren an einem Zwischenpunkt des zweiten Einlassendes der zweiten Schale angeordnet ist und das zweite Einlassende an der Basis befestigt.
Als eine Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Betätigen schwenkbarer Arme eines Aktors zum Einstellen einer an die schwenkbaren Arme gekoppelten variablen Einlassvorrichtung (VID), wobei die VID zwischen einer offenen Position, bei der eine Innenfläche der VID den Strom von einem Einlassende zu einem Auslassende der VID nicht beschränkt, und einer geschlossenen Position, bei der sich die Innenfläche entlang einer Länge der VID verengt und den Strom durch die VID beschränkt, verstellt wird, wobei die VID in und über einer Einlassleitung eines Verdichters stromaufwärts eines Laufrads positioniert ist, wobei das Betätigen auf einem Motorbetrieb bezogen auf einen Pumpschwellenwert des Verdichters beruht. In einem ersten Beispiel für das Verfahren beinhaltet die VID einen Satz benachbart angeordneter halbzylindrischer Schalen, die einen Ring um eine Mittelachse des Verdichters bilden, wobei Innenflächen der benachbart angeordneten Schalen die Innenfläche der VID und einen Strömungskanal durch die VID bilden. Ein zweites Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet außerdem, dass der Motorbetrieb bezogen auf den Pumpschwellenwert des Verdichters den Übergang des Motors zu einem Betrieb bei einer Motordrehzahl und Motorlast umfasst, die unterhalb des Pumpschwellenwerts liegen, und wobei das Betätigen der schwenkbaren Arme zum Verstellen der VID zwischen der offenen und der geschlossenen Position ein Schwenken der schwenkbaren Arme aufeinander und die Mittelachse zu beinhaltet, um die VID aus der offenen Position in die geschlossene Position zu verstellen. Ein drittes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet außerdem, dass jede Schale der benachbart angeordneten Schalen ein Einlassende und ein Auslassende beinhaltet, wobei jedes Einlassende stromaufwärts jedes Auslassendes in der Einlassleitung angeordnet ist, und wobei das Verstellen der VID aus der offenen Position in die geschlossene Position ein Schwenken jeder Schale derart, dass jedes Auslassende jeder Schale zur Mittelachse hingeschwenkt wird, beinhaltet. Ein viertes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet außerdem, dass der Motorbetrieb bezogen auf den Pumpschwellenwert des Verdichters den Übergang des Motors zu einem Betrieb bei einer Motordrehzahl und Motorlast umfasst, die über dem Pumpschwellenwert liegen, und wobei das Betätigen der schwenkbaren Arme zum Verstellen der VID zwischen der offenen und der geschlossenen Position ein Schwenken der schwenkbaren Arme voneinander und von der Mittelachse weg beinhaltet, um die VID aus der geschlossenen Position in die offene Position zu verstellen. Ein fünftes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet außerdem, dass das Verstellen der VID aus der geschlossenen Position in die offene Position ein Schwenken des Satzes von benachbart angeordneten Schalen in eine Richtung relativ zur Mittelachse beinhaltet, um einen Durchmesser des Auslassendes der VID zu vergrößern.
Als eine Ausführungsform beinhaltet ein System für einen Motor Folgendes: einen Verdichter, der ein Laufrad, das um eine Mittelachse drehbar ist, und eine variable Einlassvorrichtung (VID), die stromaufwärts des Laufrads in einer Einlassleitung des Verdichters angeordnet ist, beinhaltet, wobei die VID Folgendes umfasst: einen Satz benachbart zueinander angeordneter halbzylindrischer Schalen, wobei jede Schale des Satzes von Schalen ein Einlassende aufweist, das stromaufwärts eines Auslassendes relativ zur Mittelachse in der Einlassleitung angeordnet ist; und einen Aktor, der dazu ausgelegt ist, die VID in eine offene und eine geschlossene Position zu betätigen, wobei der Aktor einen Elektromotor beinhaltet, der an zwei schwenkbare Arme gekoppelt ist, wobei jeder Arm der zwei schwenkbaren Arme an eine Außenfläche einer entsprechenden Schale der zwei Schalen gekoppelt ist; und eine Steuerung, die in einem Speicher gespeicherte computerlesbare Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Betätigen des Elektromotors zum Schwenken der schwenkbaren Arme zur Mittelachse hin und zum Bewegen jedes Auslassendes jeder Schale nach innen zur Mittelachse hin, um die VID als Reaktion auf eine erste Betriebsbedingung in die geschlossene Position zu bewegen; und Betätigen des Elektromotors zum Schwenken der schwenkbaren Arme von der Mittelachse weg und zum Bewegen jedes Auslassendes jeder Schale nach außen von der Mittelachse weg, um die VID als Reaktion auf eine zweite Betriebsbedingung in die offene Position zu bewegen. In einem ersten Beispiel für das Verfahren beinhaltet die erste Betriebsbedingung einen Motorbetrieb unterhalb eines Pumpschwellenwerts des Verdichters und die zweite Betriebsbedingung beinhaltet einen Motorbetrieb über dem Pumpschwellenwert.
Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem, einschließlich der Steuerung, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern ist vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine/r oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Außerdem können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in dem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verdichter bereitgestellt, der Folgendes aufweist: ein Laufrad, das um eine Mittelachse drehbar ist; und eine variable Einlassvorrichtung (VID), die in einer Einlassleitung stromaufwärts des Laufrads positioniert ist und zwei halbzylindrische Schalen beinhaltet, die Innenflächen aufweisen, die einen inneren Strömungskanal durch die VID bilden, der mit der Mittelachse ausgerichtet ist, wobei jede der zwei Schalen um einen Satz von Scharnieren, der an einem Einlassende der VID angeordnet ist, zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position schwenkbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem durch einen Aktor gekennzeichnet, der an die beiden Schalen gekoppelt und dazu ausgelegt ist, die VID in die offene und die geschlossene Position zu betätigen, wobei der Aktor einen Elektromotor beinhaltet, der an zwei schwenkbare Arme gekoppelt ist, wobei jeder Arm der zwei schwenkbaren Arme an eine Außenfläche einer entsprechenden Schale der zwei Schalen gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung außerdem dadurch gekennzeichnet, dass Außenflächen der beiden Schalen benachbart zu einer Innenwand der Einlassleitung angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Einlassende der VID durch ein erstes Einlassende einer ersten Schale der zwei Schalen und ein zweites Einlassende einer zweiten Schale der zwei Schalen ausgebildet, wobei die VID außerdem ein Auslassende beinhaltet, das durch ein erstes Auslassende der ersten Schale und ein zweites Auslassende der zweiten Schale ausgebildet ist, wobei das Einlassende der VID stromaufwärts des Auslassendes der VID angeordnet ist und wobei der Strömungskanal innerhalb der Innenflächen der beiden Schalen zwischen dem Einlassende und dem Auslassende der VID ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die erste Schale einen ersten Mittelbereich, der sich in einer geraden Linie vom ersten Einlassende zum ersten Auslassende erstreckt und einen ersten Seitenbereich, der auf einer gegenüberliegenden Seite des ersten Mittelbereichs von einem zweiten Seitenbereich angeordnet ist, auf, wobei der erste und der zweite Seitenbereich durch den ersten Mittelbereich voneinander beabstandet sind, und wobei die zweite Schale einen zweiten Mittelbereich, der sich in einer geraden Linie vom zweiten Einlassende zum zweiten Auslassende erstreckt, und einen dritten Seitenbereich, der auf einer gegenüberliegenden Seite des zweiten Mittelbereichs von einem vierten Seitenbereich angeordnet ist, aufweist, wobei der dritte und der vierte Seitenbereich durch den zweiten Mittelbereich voneinander beabstandet sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Seitenbereich der ersten Schale eine erste Seitenwand auf und der zweite Seitenbereich der ersten Schale weist eine zweite Seitenwand auf und die erste und die zweite Seitenwand weisen jeweils einen erste geraden Abschnitt auf, der sich vom ersten Einlassende zu einem ersten Zwischenpunkt der ersten Schale erstreckt und jede der ersten und der zweiten Seitenwand weist einen ersten abgewinkelten Abschnitt auf, der sich vom ersten Zwischenpunkt zum ersten Auslassende erstreckt, wobei der erste abgewinkelte Abschnitt sowohl der ersten als auch der zweiten Seitenwand einen entsprechenden ersten geraden Abschnitt mit dem ersten Auslassende verbindet, wobei der dritte Seitenbereich der zweiten Schale eine dritte Seitenwand aufweist und der vierte Seitenbereich der zweiten Schale eine vierte Seitenwand aufweist und die dritte und die vierte Seitenwand jeweils einen zweiten geraden Abschnitt aufweisen, der sich vom zweiten Einlassende zu einem zweiten Zwischenpunkt der zweiten Schale erstreckt, und jede der dritten und der vierten Seitenwand einen zweiten abgewinkelten Abschnitt aufweist, der sich vom zweiten Zwischenpunkt zum zweiten Auslassende erstreckt, wobei jeder zweite abgewinkelte Abschnitt einen entsprechenden zweiten geraden Abschnitt mit dem zweiten Auslassende verbindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist jeder abgewinkelte Abschnitt länger als jeder gerade Abschnitt.
Gemäß einer Ausführungsform erzeugen der erste Mittelbereich und der erste und der zweite Seitenbereich der ersten Schale eine durchgehende und gekrümmte Außen- und Innenfläche der ersten Schalen und der zweite Mittelbereich und der dritte und der vierte Seitenbereich der zweiten Schale erzeugen eine durchgehende und gekrümmte Außen- und Innenfläche der zweiten Schale.
Gemäß einer Ausführungsform teilen sich in der offenen Position die Außenflächen der beiden Schalen Flächen mit einer Innenwand der Einlassleitung und jeder erste gerade Abschnitt der ersten Schale teilt sich eine Kante mit einem entsprechenden zweiten gerade Abschnitt der zweiten Schale.
Gemäß einer Ausführungsform ist in der geschlossenen Position jedes Auslassende der beiden Schalen nach innen zur Mittelachse hin von einer Innenwand der Einlassleitung weg geschwenkt und jeder erste abgewinkelte Abschnitt der ersten Schale teilt sich eine Kante mit einem entsprechen zweiten abgewinkelten Abschnitt der zweiten Schale.
Gemäß einer Ausführungsform weist in der geschlossenen Position das Einlassende der VID einen größeren Durchmesser auf als das Auslassende der VID.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein erstes Scharnier des Satzes von Scharnieren an einem Zwischenpunkt des ersten Einlassendes der ersten Schale angeordnet ist und befestigt das erste Einlassende an einer Basis der VID und wobei ein zweites Scharnier des Satzes von Scharnieren an einem Zwischenpunkt des zweiten Einlassendes der zweiten Schale angeordnet ist und das zweite Einlassende an der Basis befestigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, das Folgendes aufweist: Betätigen schwenkbarer Arme eines Aktors zum Einstellen einer an die schwenkbaren Arme gekoppelten variablen Einlassvorrichtung (VID), wobei die VID zwischen einer offenen Position, bei der eine Innenfläche der VID den Strom von einem Einlassende zu einem Auslassende der VID nicht beschränkt, und einer geschlossenen Position, bei der sich die Innenfläche entlang einer Länge der VID verengt und den Strom durch die VID beschränkt, verstellt wird, wobei die VID in und über einer Einlassleitung eines Verdichters stromaufwärts eines Laufrads positioniert ist, wobei das Betätigen auf einem Motorbetrieb bezogen auf einen Pumpschwellenwert des Verdichters beruht.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die VID einen Satz benachbart angeordneter halbzylindrischer Schalen, die einen Ring um eine Mittelachse des Verdichters bilden, wobei die Innenflächen der benachbart angeordneten Schalen die Innenfläche der VID und einen Strömungskanal durch die VID bilden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Motorbetrieb bezogen auf den Pumpschwellenwert des Verdichters den Übergang des Motors zu einem Betrieb bei einer Motordrehzahl und Motorlast, die unterhalb des Pumpschwellenwerts liegen, und wobei das Betätigen der schwenkbaren Arme zum Verstellen der VID zwischen der offenen und der geschlossenen Position ein Schwenken der schwenkbaren Arme aufeinander und die Mittelachse zu beinhaltet, um die VID aus der offenen Position in die geschlossene Position zu verstellen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jede Schale der benachbart angeordneten Schalen ein Einlassende und ein Auslassende, wobei jedes Einlassende stromaufwärts jedes Auslassendes in der Einlassleitung angeordnet ist, und wobei das Verstellen der VID aus der offenen Position in die geschlossene Position ein Schwenken jeder Schale derart, dass jedes Auslassende jeder Schale zur Mittelachse hingeschwenkt wird, beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Motorbetrieb bezogen auf den Pumpschwellenwert des Verdichters den Übergang des Motors zu einem Betrieb bei einer Motordrehzahl und Motorlast, die über dem Pumpschwellenwert liegen, und wobei das Betätigen der schwenkbaren Arme zum Verstellen der VID zwischen der offenen und der geschlossenen Position ein Schwenken der schwenkbaren Arme voneinander und von der Mittelachse weg beinhaltet, um die VID aus der geschlossenen Position in die offene Position zu verstellen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Verstellen der VID aus der geschlossenen Position in die offene Position ein Schwenken der benachbart angeordneten Schalen in eine Richtung relativ zur Mittelachse, um einen Durchmesser des Auslassendes der VID zu vergrößern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System für einen Motor bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Verdichter, der ein Laufrad, das um eine Mittelachse drehbar ist, und eine variable Einlassvorrichtung (VID), die stromaufwärts des Laufrads in einer Einlassleitung des Verdichters angeordnet ist, beinhaltet, wobei die VID Folgendes umfasst: einen Satz benachbart zueinander angeordneter halbzylindrischer Schalen, wobei jede Schale des Satzes von Schalen ein Einlassende aufweist, das stromaufwärts eines Auslassendes relativ zur Mittelachse in der Einlassleitung angeordnet ist; und einen Aktor, der dazu ausgelegt ist, die VID in eine offene und eine geschlossene Position zu betätigen, wobei der Aktor einen Elektromotor beinhaltet, der an zwei schwenkbare Arme gekoppelt ist, wobei jeder Arm der zwei schwenkbaren Arme an eine Außenfläche einer entsprechenden Schale der zwei Schalen gekoppelt ist; und eine Steuerung, die in einem Speicher gespeicherte computerlesbare Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Betätigen des Elektromotors zum Schwenken der schwenkbaren Arme zur Mittelachse hin und zum Bewegen jedes Auslassendes jeder Schale nach innen zur Mittelachse hin, um die VID als Reaktion auf eine erste Betriebsbedingung in die geschlossene Position zu bewegen; und Betätigen des Elektromotors zum Schwenken der schwenkbaren Arme von der Mittelachse weg und zum Bewegen jedes Auslassendes jeder Schale nach außen von der Mittelachse weg, um die VID als Reaktion auf eine zweite Betriebsbedingung in die offene Position zu bewegen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die erste Betriebsbedingung einen Betrieb des Motors unterhalb eines Pumpschwellenwerts des Verdichters und die zweite Betriebsbedingung beinhaltet einen Betrieb des Motors über dem Pumpschwellenwert.

Claims

Verdichter, umfassend: ein Laufrad, das um eine Mittelachse drehbar ist; und eine variable Einlassvorrichtung (VID), die in einer Einlassleitung stromaufwärts des Laufrads positioniert ist und zwei halbzylindrische Schalen beinhaltet, die Innenflächen aufweisen, die einen inneren Strömungskanal durch die VID bilden, der mit der Mittelachse ausgerichtet ist, wobei jede der zwei Schalen um einen Satz von Scharnieren, der an einem Einlassende der VID angeordnet ist, zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position schwenkbar ist.
Verdichter nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Aktor, der an die beiden Schalen gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, die VID in die offene und die geschlossene Position zu betätigen, wobei der Aktor einen Elektromotor beinhaltet, der an zwei schwenkbare Arme gekoppelt ist, wobei jeder Arm der zwei schwenkbaren Arme an eine Außenfläche einer entsprechenden Schale der zwei Schalen gekoppelt ist und wobei Außenflächen der beiden Schalen benachbart zu einer Innenwand der Einlassleitung angeordnet sind.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei das Einlassende der VID durch ein erstes Einlassende einer ersten Schale der zwei Schalen und ein zweites Einlassende einer zweiten Schale der zwei Schalen ausgebildet ist, wobei die VID ferner ein Auslassende beinhaltet, das durch ein erstes Auslassende der ersten Schale und ein zweites Auslassende der zweiten Schale ausgebildet ist, wobei das Einlassende der VID stromaufwärts des Auslassendes der VID angeordnet ist.
Verdichter nach Anspruch 3, wobei der Strömungskanal innerhalb der Innenflächen der beiden Schalen zwischen dem Einlassende und dem Auslassende der VID ausgebildet ist und wobei in der geschlossenen Position das Einlassende der VID einen größeren Durchmesser aufweist als das Auslassende der VID.
Verdichter nach Anspruch 3, wobei die erste Schale einen ersten Mittelbereich, der sich in einer geraden Linie vom ersten Einlassende zum ersten Auslassende erstreckt und einen ersten Seitenbereich, der auf einer gegenüberliegenden Seite des ersten Mittelbereichs von einem zweiten Seitenbereich angeordnet ist, aufweist, wobei der erste und der zweite Seitenbereich durch den ersten Mittelbereich voneinander beabstandet sind, und wobei die zweite Schale einen zweiten Mittelbereich, der sich in einer geraden Linie vom zweiten Einlassende zum zweiten Auslassende erstreckt, und einen dritten Seitenbereich, der auf einer gegenüberliegenden Seite des zweiten Mittelbereichs von einem vierten Seitenbereich angeordnet ist, aufweist, wobei der dritte und der vierte Seitenbereich durch den zweiten Mittelbereich voneinander beabstandet sind.
Verdichter nach Anspruch 5, wobei der erste Seitenbereich der ersten Schale eine erste Seitenwand aufweist und der zweite Seitenbereich der ersten Schale eine zweite Seitenwand aufweist und die erste und die zweite Seitenwand jeweils einen ersten geraden Abschnitt aufweisen, der sich vom ersten Einlassende zu einem ersten Zwischenpunkt der ersten Schale erstreckt, und jede der ersten und der zweiten Seitenwand einen ersten abgewinkelten Abschnitt aufweist, der sich vom ersten Zwischenpunkt bis zum ersten Auslassende erstreckt.
Verdichter nach Anspruch 6, wobei der erste abgewinkelte Abschnitt sowohl der ersten als auch der zweiten Seitenwand einen entsprechenden ersten geraden Abschnitt mit dem ersten Auslassende verbindet, wobei der dritte Seitenbereich der zweiten Schale eine dritte Seitenwand aufweist und der vierte Seitenbereich der zweiten Schale eine vierte Seitenwand aufweist und die dritte und die vierte Seitenwand jeweils einen zweiten geraden Abschnitt aufweisen, der sich vom zweiten Einlassende zu einem zweiten Zwischenpunkt der zweiten Schale erstreckt, und jede der dritten und der vierten Seitenwand einen zweiten abgewinkelten Abschnitt aufweist, der sich vom zweiten Zwischenpunkt zum zweiten Auslassende erstreckt, wobei jeder zweite abgewinkelte Abschnitt einen entsprechenden geraden Abschnitt mit dem zweiten Auslassende verbindet und wobei jeder abgewinkelte Abschnitt länger ist als jeder gerade Abschnitt.
Verdichter nach Anspruch 5, wobei der erste Mittelbereich und der erste und der zweite Seitenbereich der ersten Schale eine durchgehende und gekrümmte Außen- und Innenfläche der ersten Schalen erzeugen und der zweite Mittelbereich und der dritte und der vierte Seitenbereich der zweiten Schale eine durchgehende und gekrümmte Außen- und Innenfläche der zweiten Schale erzeugen.
Verdichter nach Anspruch 8, wobei sich in der offenen Position Außenflächen der beiden Schalen Flächen mit einer Innenwand der Einlassleitung teilen und sich jeder erste gerade Abschnitt der ersten Schale eine Kante mit einem entsprechenden zweiten geraden Abschnitt der zweiten Schale teilt und wobei in der geschlossenen Position jedes Auslassende der beiden Schalen nach innen zur Mittelachse hin von einer Innenwand der Einlassleitung weg geschwenkt ist, und sich jeder erste abgewinkelte Abschnitt der ersten Schale eine Kante mit einem entsprechenden zweiten abgewinkelten Abschnitt der zweiten Schale teilt.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei ein erstes Scharnier des Satzes von Scharnieren an einem Zwischenpunkt des ersten Einlassendes der ersten Schale angeordnet ist und das erste Einlassende an einer Basis der VID befestigt und wobei ein zweites Scharnier des Satzes von Scharnieren an einem Zwischenpunkt des zweiten Einlassendes der zweiten Schale angeordnet ist und das zweite Einlassende an der Basis befestigt.
Verfahren, umfassend: Betätigen schwenkbarer Arme eines Aktors zum Einstellen einer an die schwenkbaren Arme gekoppelten variablen Einlassvorrichtung (VID), wobei die VID zwischen einer offenen Position, bei der eine Innenfläche der VID den Strom von einem Einlassende zu einem Auslassende der VID nicht beschränkt, und einer geschlossenen Position, bei der sich die Innenfläche entlang einer Länge der VID verengt und den Strom durch die VID beschränkt, verstellt wird, wobei die VID in und über einer Einlassleitung eines Verdichters stromaufwärts eines Laufrads positioniert ist, wobei das Betätigen auf einem Motorbetrieb bezogen auf einen Pumpschwellenwert des Verdichters beruht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die VID einen Satz benachbart angeordneter halbzylindrischer Schalen beinhaltet, die einen Ring um eine Mittelachse des Verdichters bilden, wobei die Innenflächen der benachbart angeordneten Schalen die Innenfläche der VID und einen Strömungskanal durch die VID bilden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Motorbetrieb bezogen auf den Pumpschwellenwert des Verdichters den Übergang des Motors zu einem Betrieb bei einer Motordrehzahl und Motorlast umfasst, die unterhalb des Pumpschwellenwerts liegen, und wobei das Betätigen der schwenkbaren Arme zum Verstellen der VID zwischen der offenen und der geschlossenen Position ein Schwenken der schwenkbaren Arme aufeinander und die Mittelachse zu beinhaltet, um die VID aus der offenen Position in die geschlossene Position zu verstellen, und wobei der Motorbetrieb bezogen auf den Pumpschwellenwert des Verdichters das Übergehen des Motors zu einem Betrieb bei einer Motordrehzahl und Motorlast umfasst, die über dem Pumpschwellenwert liegen, und wobei das Betätigen der schwenkbaren Arme zum Verstellen der VID zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position, ein Schwenken der schwenkbaren Arme voneinander und von der Mittelachse weg beinhaltet, um die VID aus der geschlossenen Position in die offene Position zu verstellen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei jede Schale der benachbart angeordneten Schalen ein Einlassende und ein Auslassende beinhaltet, wobei jedes Einlassende stromaufwärts jedes Auslassendes in der Einlassleitung angeordnet ist, und wobei das Verstellen der VID aus der offenen Position in die geschlossene Position ein Schwenken jeder Schale derart, dass jedes Auslassende jeder Schale zur Mittelachse hingeschwenkt wird, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verstellen der VID aus der geschlossenen Position in die offene Position ein Schwenken der benachbart angeordneten Schalen in eine Richtung relativ zur Mittelachse beinhaltet, um einen Durchmesser des Auslassendes der VID zu vergrößern.